KR20210097039A

KR20210097039A - 골재 형성 활성화 측정 시험장치 및 이를 이용한 시험방법

Info

Publication number: KR20210097039A
Application number: KR1020210011157A
Authority: KR
Inventors: 홍정화; 이태경
Original assignee: 고려대학교 세종산학협력단
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2021-08-06
Also published as: KR102348695B1

Abstract

내부에 길이 방향으로 중공이 형성되되, 상기 중공에 배치된 골 조직의 생존을 위한 모사 골수액이 인입되는, 모사 골수액 인입구, 및 상기 골 조직으로부터 생성된 골재 형성 물질이 인출되는, 골재 형성 물질 인출구가 마련된, 실린더부, 상기 실린더부 내의 골 조직이 상기 길이 방향으로 1 축 압축되도록, 압축 하중을 인가하는, 압축 하중 인가부, 및 상기 모사 골수액 인입구를 통하여, 상기 모사 골수액이 미리 정해진 유량으로 인입되도록 제어하되, 상기 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 실행되도록, 상기 압축 하중 인가부에서 상기 골 조직에 압축 하중을 인가하도록 제어하는, 제어부를 포함하는, 골재 형성 활성화 측정 시험장치가 제공된다.

Description

골재 형성 활성화 측정 시험장치 및 이를 이용한 시험방법{Bone remodeling activity measurement test device and test method using the same}

본 발명은 골재 형성 활성화 측정 시험장치 및 이를 이용한 골재 형성 활성화 측정 시험방법에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는, 골 조직에 압축 하중을 인가하여 골 조직 내에서 골 유체의 유동을 발생시켜 생성된 골재 형성 물질을 측정하는, 골재 형성 활성화 측정 시험장치 및 이를 이용한 골재 형성 활성화 측정 시험방법에 관련된 것이다.

골 조직(bone tissue 또는 osseous tissue)은, 인체의 기본 골재를 구성하는 조직으로써, 골재 기능뿐 아니라, 무기질 저장소, 조혈 기능을 수행하며, 면역, 당 대사, 신경물질 작용, 줄기세포 유지 등 여러 다른 생체 조직과 연계된다.

골 대사(다른 말로는, 골재 리모델링(bone remodeling) 즉, 뼈 재구성)는, 조골 세포(osteoblast)에 의한 골 형성과, 파골 세포(osteoclast)에 의한 골 파괴 과정으로 이루어지며, 조화로운 골 대사는, 골 조직의 항상성 유지에 필수적일 수 있다.

골 세포는, 인체 중 두뇌에 비유되며, 골재에 인가되는 하중에 의해 골 조직이 변형되고, 상기 골 조직 변형에 의해 골 유체가 유동되어, 해면골 골영공 세관 시스템의 적골수에 있는 조골 세포 및 파골 세포가 제어됨으로써, 골 조직이 생성되거나 제거될 수 있다. 그 예로는, 운동에 의해 운동 선수의 골격이 증대되거나, 우주와 같은 무중력 상태에 장 기간 머무르는 우주인의 골격이 퇴화되는 것을 들 수 있다.

골 대사에 불균형 및 이상이 발생하게 되면, 골 질량 감소 및 골 조직의 구조학적 퇴화, 뼈를 구성하는 미네랄 이상 등으로 인한 골 질환이 발병될 수 있다. 또한, 외부 충격 등에 의한 골절과 같은 외상, 무혈성 괴사 또는 골다공증과 같은 대사성 질환으로 인한 골 결손 등 골 진환은, 신체의 기계적 지지 문제로 인한 신체 운동성 저하 및 지속적 통증을 유발할 수 있다.

이러한 골 질환의 원인이 되는 골 밀도의 감소는, 뼈의 대사성 문제, 즉, 앞서 설명된 바와 같이, 조골 세포에 의해 새로운 뼈를 생성하는 골 생성과, 파골 세포에 의해 오래된 뼈를 제거하는 골 소실 속도에서의 불균형에 기인할 수 있다. 구체적으로는, 파골 세포에서 분비된 효소들에 의해 골 흡수가 발생되는 경우, 골다공증, 통증, 및 골절 등이 유발될 수 있다.

한편, 상술된 바와 같은, 골 질환을 치료하기 위해 기존에는, 주로 약물 예를 들어, 에스트로젠 조절제, 부갑상선 호르몬 조절제, 칼시토닌 제제, 및 비스포스포네이트(bisphosphonate) 제제 등에 의한 약물적 치료 방법이 이용되고 있다.

그러나 상술된 바와 같은 기존의 약물적 치료 방법으로는, 부작용이 수반될 수 있으므로, 이를 대체할 수 있는 치료 방법이 필요한 실정이다.

한편, 이와는 달리 기존에는, 수술 예를 들어, 자가골 이식술, 동종골 이식술, 이종골 이식술, Masquelet 수술, 및 골신연술 등에 의한 수술적 치료 방법도 이용되고 있다. 하지만, 자가골 이식술과 동종골 이식술에서 필요한 골세포는 순수한 분리가 어렵고, 이미 성숙한 세포로 분리되기 때문에, 재생에 도움이 미약한 것으로 알려져 있다.

이에 따라, 골 조직 대사의 메커니즘에 대한 이해를 바탕으로, 골재 형성을 활성화함으로써, 골 질환을 치료할 수 있는 방법이 필요한 실정임에도 불구하고, 아직까지 골 조직 대사의 메커니즘을 이해하기 위한 시험장치도 부족한 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 골 조직 대사의 메커니즘을 기반으로 생성된 골재 형성 물질을 측정하는, 골재 형성 활성화 측정 시험장치 및 이를 이용한 골재 형성 활성화 측정 시험방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 정확도가 향상된 골재 형성 활성화 측정 시험장치 및 이를 이용한 골재 형성 활성화 측정 시험방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 골재 형성 활성화 측정 시험장치를 제공한다.

일 실시 예에 따르면, 상기 골재 형성 활성화 측정 시험장치는, 내부에 길이 방향으로 중공이 형성되되, 상기 중공에 배치된 골 조직의 생존을 위한 모사 골수액이 인입되는, 모사 골수액 인입구, 및 상기 골 조직으로부터 생성된 골재 형성 물질이 인출되는, 골재 형성 물질 인출구가 마련된, 실린더부, 상기 실린더부 내의 골 조직이 상기 길이 방향으로 1 축 압축되도록, 압축 하중을 인가하는, 압축 하중 인가부, 및 상기 모사 골수액 인입구를 통하여, 상기 모사 골수액이 미리 정해진 유량으로 인입되도록 제어하되, 상기 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 실행되도록, 상기 압축 하중 인가부에서 상기 골 조직에 압축 하중을 인가하도록 제어하는, 제어부를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 실린더부의 상기 모사 골수액 인입구는, 상기 골재 형성 물질 인출구 보다 상 측에 마련될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 압축 하중 인가부는, 상기 골 조직의 일 단에서 상기 압축 하중을 인가하며, 상기 골 조직의 타 단에서 상기 골 조직에 실제 인가된 하중을 측정하는, 실 하중 측정부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 골 조직의 생존을 위해 이산화탄소 분위기를 제공하는, 인큐베이터부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 실린더부로 인입되는 상기 모사 골수액을 담지하는, 모사 골수액 담지부를 더 포함하되, 상기 모사 골수액 담지부의 일 측에는, 상기 실린더부에서 상기 모사 골수액 담지부로, 상기 모사 골수액의 역류를 방지하는, 역류 방지 밸브가 마련될 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 골재 형성 활성화 측정 시험방법을 제공한다.

일 실시 예에 따르면, 상기 골재 형성 활성화 측정 시험방법은, 실린더부 내부에 길이 방향으로 골 조직을 배치시키는 단계, 상기 실린더부 내의 골 조직에, 상기 골 조직의 생존을 위한 모사 골수액을 미리 정해진 유량으로 인입시키는 단계, 상기 실린더부 내의 골 조직이 상기 길이 방향으로 1 축 압축되도록 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 실행되도록, 상기 골 조직에 압축 하중을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 골재 형성 활성화 측정 시험방법은, 상기 골 조직으로부터 생성된 골재 형성 물질이 인출되는 단계를 더 포함하되, 상기 모사 골수액을 제공하는 단계의 모사 골수액의 인입은, 상기 골재 형성 물질이 인출되는 단계의 골재 형성 물질의 인출보다 높은 레벨에서 수행되는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 모사 골수액을 제공하는 단계는, 상기 모사 골수액 1 ㎕/min 이상 내지 10 ㎕/min 이하를 제공하는 것을 포함하고, 상기 골재 형성 주기를 실행하는 단계는, 상기 압축 하중을 1 ㎛/sec 이상 내지 10 ㎛/sec 이하로 인가하는 것을 포함하되, 상기 압축 하중 인가기는 20 분 이상 내지 40 분 이하로 수행되고, 상기 휴지기는 3 시간 이상 내지 5 시간 이하로 수행되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 내부에 길이 방향으로 중공이 형성되되, 상기 중공에 배치된 골 조직의 생존을 위한 모사 골수액이 인입되는, 모사 골수액 인입구, 및 상기 골 조직으로부터 생성된 골재 형성 물질이 인출되는, 골재 형성 물질 인출구가 마련된, 실린더부, 상기 실린더부 내의 골 조직이 상기 길이 방향으로 1 축 압축되도록, 압축 하중을 인가하는, 압축 하중 인가부, 및 상기 모사 골수액 인입구를 통하여, 상기 모사 골수액이 미리 정해진 유량으로 인입되도록 제어하되, 상기 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 실행되도록, 상기 압축 하중 인가부에서 상기 골 조직에 압축 하중을 인가하도록 제어하는, 제어부를 포함하는, 골재 형성 활성화 측정 시험장치가 제공될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 골 조직 대사의 메커니즘을 기반으로 생성된 골재 형성 물질을 측정하되, 정확도가 향상된 골재 형성 활성화 측정 시험장치가 제공될 수 있다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 골재 형성 활성화 측정 시험장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 골재 형성 활성화 측정 시험방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 20은 본 발명의 실험 예를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 게재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

이하, 설명되는 본 발명의 실시 예에 따르면, 골 조직 대사의 메커니즘을 기반으로 골재 형성 물질을 생성하되, 상기 생성된 골재 형성 물질을 측정하기 위한 장치 및 방법이 제공된다.

먼저, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 골재 형성 활성화 측정 시험장치가 설명된다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 골재 형성 활성화 측정 시험장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 골 조직(bt, bone tissue)은, 치밀골(ct, cortical 또는 compact bone) 및 해면골(cc, cancellous 또는 trabecular 또는 sponge bone) 중에서 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 치밀골(ct)은, 인체를 구성하는 전체 뼈 중 약 80 질량%를 차지하지만, 전체 뼈 중 표면적은 약 33 %로, 표면적의 비율이 상대적으로 낮다. 한편, 상기 치밀골(ct)의 공극율(porosity)은, 약 5 % 이상 내지 10 % 이하로써, 치밀한(dense) 조직 구조를 갖는다. 이에 따라, 상기 치밀골(ct)은, 외부 하중으로부터 인체를 지지하는 역할을 할 수 있다.

한편, 상기 해면골(cc)은, 인체를 구성하는 전체 뼈 중 약 20 질량%에 불과하지만, 전체 뼈 중 표면적은 약 67 %로, 표면적의 비율이 상대적으로 높다. 한편, 상기 해면골(cc)의 공극율(porosity)은, 약 75 % 이상 내지 95 % 이하로써, 스펀지와 비슷하게 모든 공극이 연결된(inter-connected pore) 조직 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 해면골(cc)은, 장골 말단과 척추의 추골 및 모든 뼈의 중간을 형성하며, 골 소주(tr, trabeculae)라고 불리는, 두께 약 200 μm로 구성된 망 조직으로 구성된다. 이에 따라, 상기 해면골(cc)은, 압축 하중을 지탱하고, 충격 하중을 흡수하는 역할을 할 수 있다.

상기 골 소주(tr) 간 공간은, 적골수(mr, red bone marrow)로 채워져 있다.

한편, 상기 골 조직(bt)은, 골세포 공간(lc, lacuna) 및 골 세관(cn, canaliculi)을 더 포함하며, 상기 골세포 공간(lc) 및 골 세관(cn)은, 골 유체(bf, bone fluid, 다른 말로는 골수라고도 함, 도 12 참조)로 채워져 있다.

골 조직(bt)은, 조골 세포(ob, osteoblast)에 의한 골 형성 및 파골 세포(oc, osteoclast)에 의한 골 흡수의 지속적인 상호 작용을 통해, 골의 항상성을 유지할 수 있다.

한편, 딱딱한 골 조직(bt)에 묻혀있는 골 세포(os, osteocyte)는, 골 세포 공간(lc)을 연결하는 약 40 개 정도의 작은 파이프(골 세관, 도 1의 도면부호 cn) 안에 있는, 촉수(osteocytic process)를 이용해, 정보를 교환하고, 골재 형성을 지휘할 수 있다.

골 조직(bt)을 유지시키는 골재 형성은 생체 역학적 메커니즘에 의해 발생될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 생체 역학적 메커니즘에 대해 살펴보면, 골 조직(bt)에서 골 유체(bf, bone fluid, 다른 말로는 골수라고도 함, 도 12 참조)는, 외부 하중(ld, 도 12 참조) 인가에 따라 유동될 수 있다. 이는 예를 들어, 물이 있는 스펀지에 하중을 인가하면 스펀지로부터 물이 나오고, 상기 인가된 하중을 해제하면 스펀지가 다시 물을 흡수하는 원리와 유사하다. 즉, 외부 하중 인가에 따라, 골 소주(tr) 간 공간으로부터 골 유체(bf)가 분출되고, 상기 인가된 하중이 해제되면 골 소주(tr) 간 공간으로 골 유체(bf)가 다시 흡입될 수 있는 것이다.

혈관(bv, blood vessel)이 없는 골 조직(bt)에서는, 상술된 바와 같은 골 유체(bf)의 유동에 의해, 골 세포(os)가 산소, 영양분 등을 공급받고, 탄소, 노폐물 등을 제거할 수 있다.

상기 골 유체(bf)의 유동에 관해서는, 도 12를 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 이상에서 상술된 골 조직 대사의 메커니즘을 기반으로, 골재 형성 물질을 생성하되, 상기 생성된 골재 형성 물질을 측정하기 위한, 골재 형성 활성화 측정 시험장치(1000)가 제공된다.

이를 위해, 도 2를 참조하면, 상기 골재 형성 활성화 측정 시험장치(1000)는, 인큐베이터부(10), 실린더부(100), 모사 골수액 담지부(200), 압축 하중 인가부(300), 및 제어부(400) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

이하, 각 구성이 설명된다.

상기 인큐베이터부(10)는, 내부에 상기 골 조직(bt)을 수용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 인큐베이터부(10)는, 후술되는 실린더부(100) 내부에 배치된 상기 골 조직(bt)을 수용할 수 있다. 이에 관해서는 후술하기로 한다.

한편, 상기 인큐베이터부(10)는, 내부에 상기 골 조직(bt)을 수용하되, 상기 골 조직(bt)으로부터 골재 형성 물질(pd, 도 10 참조)이 생성되기 위한 환경을 제공할 수 있다.

이를 위해, 도 3을 참조하면, 상기 인큐베이터부(10)는, 상기 골 조직(bt)의 생존을 위해 이산화탄소(co2) 분위기를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 인큐베이터부(10)는, 5 % 농도의 이산화탄소(co2) 분위기를 제공할 수 있다.

이를 위해, 상기 인큐베이터부(10)의 적어도 일 영역에는, 상기 이산화탄소(co2)가 유입되는 가스 유입부(미도시)가 마련되며, 상기 가스 유입부는, 이산화탄소 제공부 예를 들어, 이산화탄소 가스통과 연결될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 인큐베이터부(10)는, 상기 골 조직(bt)의 생존을 위해, 온도(tp) 및 습도(hm) 중에서 적어도 어느 하나가 더 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 인큐베이터부(10) 내의 온도(tp)는 37 ℃로, 상대 습도(hm)는 80 % 이상 내지 95 % 이하로 조절될 수 있다.

한편, 상기 인큐베이터부(10)는, 내부에 상기 골 조직(bt)이 수용된 후에는, 상술된 이산화탄소(co2) 분위기, 온도(tp), 및 습도(hm) 중에서 적어도 어느 하나가 유지되도록 밀폐될 수 있다. 이를 위해, 상기 인큐베이터뷰(10)는, 예를 들어, 스테인리스 스틸(stainless steel) 재료로 형성될 수 있다.

한편, 상술된 바와 같은 인큐베이터부(10)의 이산화탄소(co2) 분위기, 온도(tp), 및 습도(hm) 중에서 적어도 어느 하나는, 후술되는 제어부(400)에 의한 자동 제어 및 관리자에 의한 수동 제어 중에서 적어도 어느 하나에 의해, 상기 골 조직(bt)의 생존에 적합한 환경이 되도록 제어될 수 있음은 물론이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 실린더부(100)는, 내부에 길이 방향으로 중공(hl)이 형성된 챔버 형태의 실린더 바디(110)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에는, 상기 골 조직(bt)이 배치될 수 있다.

한편, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에는 상기 골 조직(bt)이 배치되되, 상기 실린더 바디(110)의 내주면은, 상기 골 조직(bt)과 밀착되도록 형성될 수 있다(도 10 참조).

이에 따라, 후술되는 압축 하중 인가부(300)에 의해 상기 골 조직(bt)에, 상기 길이 방향으로 1 축 압축 하중(ld, 도 10 참조)이 인가되는 경우에도, 상기 실린더 바디(110)의 내주면이, 상기 중공(hl)에 배치된 상기 골 조직(bt)을 상기 길이 방향으로 잡아주어, 상기 길이 방향 외의 방향으로 하중이 전파되는 것을 최소화할 수 있다.

한편, 다른 관점에서는, 상기 골 조직(bt)이 상기 실린더 바디(110)의 내주면과 밀착되도록 가공될 수도 있다.

이에 따라, 후술되는 압축 하중 인가부(300)에 의해 상기 골 조직(bt)에, 상기 길이 방향으로 1 축 압축 하중(ld, 도 10 참조)이 인가되는 경우에도, 상기 골 조직(bt)의 양 단에서 시편 형상의 급 변화에 따른 시험 오차, 즉, 단말 효과(end effect)가 최소화될 수 있다. 예를 들어, 상기 골 조직(bt)은, 상술된 바와 같이, 상기 실린더 바디(110)의 내주면에 밀착되도록 지름-길이가 1:2의 비율인 원통형으로 가공될 수 있다. 이때, 상기 골 조직(bt)은, 지름이 예를 들어, 5 mm 이상 내지 10 mm 이하가 되도록 가공될 수 있다.

한편, 상기 실린더부(100)의 실린더 바디(110) 일 측에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 모사 골수액 인입구(e1) 및 골재 형성 물질 인출구(e2)가 마련될 수 있다.

상기 모사 골수액 인입구(e1)로는, 후술되는 모사 골수액 담지부(200, 도 6 참조)로부터 모사 골수액(mw)이 인입될 수 있다. 여기에서, 모사 골수액(mw)이라 함은, 상기 골 조직(bt)의 생존을 위해 사람, 동물 등 뼈를 가지는 생명체로부터 추출한 골수액, 또는 상술된 골수액과 유사한 성분을 포함하는 액체 따위를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 모사 골수액(mw)은, 골 세포 시스템(bone cell system)에서, 골아 세포 표현형의 발현에 유리한 것으로 알려진 물질 예를 들어, a-MEM(a-Minimum Essential Medium Eagle), DMEM(Dulecco's Modified Eagle's Medium), AA(ascorbic acid), bGP(b-glycerophosphate), 및 Dex(dexamethasone) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 모사 골수액(mw)은, 상술된 물질들의 혼합물 예를 들어, Dex 0.1 ㎛, AA 50 ㎍/㎖, 및 bGP 10 mM가 혼합된 혼합물을 사용할 수도 있다.

한편, 상기 골재 형성 물질 인출구(e2)로는, 상기 골 조직(bt)으로부터 생성된 골재 형성 물질이 인출(pd_ot, 도 9 참조)될 수 있다.

이때, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 모사 골수액 인입구(e1)는, 상기 골재 형성 물질 인출구(e2) 보다 상기 실린더 바디(110)의 상 측에 마련될 수 있다. 이때, 상기 모사 골수액 인입구(e1)의 상기 골재 형성 물질 인출구(e2)에 대한 상 측 배치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 실린더 바디(110)의 일 측에 나란히 배치될 수도 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 실린더 바디(110)의 일 측에 소정 각을 이루도록 배치될 수도 있다. 다시 말해, 상기 실린더 바디(110)에서 상기 모사 골수액 인입구(e1)가, 상기 골재 형성 물질 인출구(e2) 보다 상 측에 마련되는 구조이면 제한되는 것은 아니다.

이에 따라, 상기 실린더부(100)에서 후술되는 모사 골수액 담지부(200, 도 6 참조)로, 상기 모사 골수액(mw)의 역류를 방지할 수 있다.

한편, 상기 실린더부(100)에는, 미도시 되었으나, 상기 실린더부(100) 내에서 흐르는 상기 모사 골수액(mw)의 유체 압력을 측정하기 위한 센서가 마련될 수도 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 유체 압력을 측정하기 위한 센서는, 상기 모사 골수액 인입구(e1)의 일 측에 마련되어, 상기 모사 골수액 인입구(e1)로 인입되는 상기 모사 골수액(mw)의 유체 압력을 측정할 수 있다.

또는, 일 실시 예에 따르면, 상기 유체 압력을 측정하기 위한 센서는, 상기 골재 형성 물질 인출구(e2)의 일 측에 마련되어, 상기 골재 형성 물질 인출구(e2)로 인출되는 상기 모사 골수액(mw)의 유체 압력을 측정할 수도 있다.

이에 따라, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에 배치된 상기 골 조직(bt)에 실질적으로 흐르는 상기 모사 골수액(mw)의 유체 압력을 측정할 수 있음은 물론이다.

도 6을 참조하면, 상기 모사 골수액 담지부(200)는, 상기 실린더 바디(110)의 상기 모사 골수액 인입구(e1)로 인입되는 상기 모사 골수액(mw)을 담지할 수 있다.

이를 위해, 상기 모사 골수액 담지부(200)는, 상기 모사 골수액(mw)을 담지하는, 모사 골수액 담지조(210)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 상기 모사 골수액 담지조(210)에 담지된 상기 모사 골수액(mw)이, 상기 실린더부(100)의 모사 골수액 인입구(e1)를 통해, 상기 실린더 바디(110) 내부 중공(hl)에 배치된 상기 골 조직(bt)에 제공될 수 있다. 여기에서 모사 골수액(mw)이라 함은, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 골 조직(bt)의 생존을 위해 사람, 동물 등 뼈를 가지는 생명체로부터 추출한 골수액, 또는 상술된 골수액과 유사한 성분을 포함하는 액체 따위를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 상기 모사 골수액(mw)의 예는, 앞서 설명된 바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

한편, 앞서 상기 실린더부(100)를 통해 설명된 바와 같이, 상기 실린더부(100)에서 상기 모사 골수액 담지부(200)로, 상기 모사 골수액(mw)의 역류를 방지하기 위해, 상기 모사 골수액 인입구(e1)는, 상기 골재 형성 물질 인출구(e2) 보다 상기 실린더 바디(110)의 상 측에 마련된 바 있다.

여기에서 나아가 도 6을 참조하면, 상기 모사 골수액 담지부(200)는, 상기 실린더부(100)에서 상기 모사 골수액 담지부(200)로, 상기 모사 골수액(mw)의 역류를 방지하기 위한, 역류 방지 밸브(vl)를 더 포함할 수 있다.

이에 따라, 앞서 설명된 바와 같이 상기 모사 골수액 인입구(e1) 및 상기 골재 형성 물질 인출구(e2)의 배치 구조와 함께, 상기 실린더부(100)에서 상기 모사 골수액 담지부(200)로, 상기 모사 골수액(mw)의 역류를 재차 방지할 수 있다.

한편, 상기 모사 골수액 담지부(200)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실린더 바디(110)의 상기 모사 골수액 인입구(e1)를 통하여, 상기 모사 골수액(mw)이 미리 정해진 유량, 즉 미리 정해진 단위 시간 동안 미리 정해진 양으로 인입되도록 제어되는, 미소 유량 제어 펌프(pm)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 미소 유량 제어 펌프(pm)는, 상기 모사 골수액 담지조(210)에 담지된 상기 모사 골수액(mw)이, 1 ㎕/min 이상 내지 10 ㎕/min 이하의 유량으로 상기 실린더부(100)로 인입되도록 제어될 수 있다.

한편, 상술된 바와 같은 상기 미소 유량 제어 펌프(pm)의 제어는, 후술되는 제어부(400)에 의한 자동 제어 및 관리자에 의한 수동 제어 중에서 적어도 어느 하나에 의해 수행될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 모사 골수액 담지부(200)에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 모사 골수액 담지조(210)에 담지된 모사 골수액(mw)의 온도 및 산소 농도 중에서 적어도 어느 하나를 조절하기 위한 컨트롤부(ct)가 더 마련될 수 있다.

도 4 및 도 7을 참조하면, 상기 압축 하중 인가부(300)는, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에 배치된 상기 골 조직(bt)이 상기 길이 방향으로 1 축 압축되도록, 압축 하중(ld, 도 10 참조)을 인가할 수 있다.

이를 위해, 상기 압축 하중 인가부(300)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 핀 형상으로 마련되되, 머리부(310) 및 몸체부(320) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하도록 형성될 수 있다.

상기 머리부(310)는, 시간 경과에 따라 정량적으로 압축 하중을 제공하는 장치 예를 들어, 액츄에이터(ac, actuator, 도 16 참조)의 일 측에 접촉될 수 있다.

이에 따라, 상기 머리부(310)는, 상술된 바와 같은 액츄에이터(ac)로부터 정량적 압축을 제공받을 수 있다. 한편, 상기 액츄에이터(ac)는, 예를 들어, 높이 조절이 가능하도록 외부 프레임에 연결될 수도 있다.

이에 따라, 상기 외부 프레임에 의한 높이 조절에 의해, 상기 머리부(310)와 상기 액츄에이터(ac) 사이의 간격이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 프레임에 의한 높이 조절에 의해, 상기 머리부(310)와 상기 액츄에이터(ac) 사이의 간격은 2 ㎛ 이상 내지 5 ㎛ 이하로 조절될 수 있다.

한편, 상기 몸체부(320)는, 상기 머리부(310)로부터 상기 실린더부(100)를 향하여 연장되되, 상기 실린더부(100)의 중공(hl)에 배치된 골 조직(bt) 일 단 즉, 상 측과 접촉될 수 있다.

이에 따라, 상기 몸체부(320)는, 상술된 바와 같은 액츄에이터(ac, 도 16 참조)로부터 상기 머리부(310)에 제공된 정량적인 압축을, 상기 골 조직(bt)의 일 단에 전달할 수 있다.

한편, 상기 압축 하중 인가부(300)는, 상기 골 조직(bt)의 타 단에서 상기 골 조직(bt)에 실제 인가된 하중을 측정하는, 실 하중 측정부(350)를 더 포함할 수 있다(도 10 참조).

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같은 액츄에이터(ac, 도 16 참조)로부터 발생되는 정량적인 압축 하중과, 상기 실 하중 측정부(350)에서 측정되는 하중을 대비하여 볼 수 있다.

따라서, 상기 골 조직(bt)에 상술된 바와 같은 길이 방향으로 1 축 압축 하중(ld, 도 10 참조)을 인가하는데 있어, 정확도가 향상될 수 있다.

이때, 상기 실 하중 측정부(350)는 예를 들어, 압력 센서일 수 있다. 상기 실 하중 측정부(350)가 상술된 바와 같은 압력 센서인 경우, 상기 골 조직(bt)에 실제 인가된 하중은, 측정된 압력으로부터 단위 변환에 의해 획득될 수 있다.

한편, 상기 압축 하중 인가부(300)는, 상기 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기(Pld, 도 11 참조) 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기(Prs, 도 11 참조)를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 적어도 1회(1cl, 도 11 참조) 이상 반복하여 실행되도록, 상기 골 조직(bt)에 대한 압축 하중을 인가가 제어될 수 있다. 이에 관해서는 후술되는 제어부(400)를 참조하기로 한다.

한편, 도 4 및 도 7을 참조하면, 상기 골재 형성 활성화 측정 시험장치(1000)를 구성하는, 상기 실린더부(100) 및 상기 압력 하중 인가부(300) 사이에는 고무 링(or)이 마련될 수 있다.

이에 따라, 상기 고무 링(or)에 의해, 상기 실린더부(100) 및 상기 압력 하중 인가부(300) 사이에 간극이 최소화되고, 상기 모사 골수액(mw)이 상술된 바와 같은 간극으로 세어 나오는 것이 최소화될 수 있다.

상기 제어부(400)는, 앞서 설명된 각 부 즉, 상기 인큐베이터부(10), 상기 모사 골수액 담지부(200), 및 상기 압력 하중 인가부(300)의 전반적인 제어를 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제어부(400)는, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 인큐베이터부(10)의 이산화탄소(co2) 분위기, 온도(tp), 및 습도(hm) 중에서 적어도 어느 하나가 상기 골 조직(bt)의 생존에 적합한 환경이 되도록 제어할 수 있다.

또는 상기 제어부(400)는, 상기 모사 골수액 담지부(200)에서, 상기 실린더 바디(110)의 상기 모사 골수액 인입구(e1)를 통하여, 상기 모사 골수액(mw)이 미리 정해진 유량으로 인입되도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부(400)는 예를 들어 앞서 설명된 바와 같이, 상기 미소 유량 제어 펌프(pm)를 제어할 수 있다.

또는 상기 제어부(400)는, 상기 압축 하중 인가부(300)에서, 상기 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기(Pld, 도 11 참조) 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기(Prs, 도 11 참조)를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 적어도 1회(1cl, 도 11 참조) 이상 반복하여 실행되도록, 상기 압축 하중 인가부(300)에서 상기 골 조직(bt)에 압축 하중을 인가하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(400)는, 상기 압축 하중 인가기(Pld)에서, 상기 압축 하중이 1 ㎛/sec 이상 내지 10 ㎛/sec 이하로 인가되도록 제어할 수 있다. 여기에서, 상기 압축 하중이 1 ㎛/sec 이상 내지 10 ㎛/sec 이하로 인가되는 것은, 헤르츠(Hz) 단위의 압축 하중 인가 제어를 의미할 수 있다. 또한, 여기에서 헤르츠(Hz) 단위의 압축 하중 인가 제어라 함은, 1 초당 1 ㎛ 이상 내지 10 ㎛ 이하의 변위를 1 회로, 상기 골 조직(bt)에 압축 하중을 인가하는 것을 의미한다. 한편, 상술된 범위의 헤르츠(Hz) 단위의 압축 하중 인가는 일례일 뿐, 이는 필요에

따라 용이하게 변경될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 메가 헤르츠(MHz) 단위의 압축 하중이 인가될 수도 있으며, 1 초당 1 ㎛ 이상 내지 100 ㎛ 이하의 변위를 1 회로, 상기 골 조직(bt)에 압축 하중을 인가할 수도 있는 것이다.

또한 상기 제어부(400)는, 상술된 바와 같은 1회의 골재 형성 주기(1cl)에 있어서, 예를 들어, 압축 하중 인가기(Pld)는 20 분 이상 내지 40 분 이하로 수행되고, 상기 휴지기(Prs)는 3 시간 이상 내지 5 시간 이하로 수행되도록 제어할 수 있다. 또한 상기 제어부(400)는, 상술된 바와 같은 1회의 골재 형성 주기(1cl)가 예를 들어, 2 주 동안 반복되도록 제어할 수 있다.

한편, 상술된 바와 같은 제어부(400)의 골재 형성 주기(1cl) 제어에 있어서, 비록 도 11에 삼각파(sawtooth)로 도시되었으나, 일 실시 예에 따르면, 이와는 달리, 상기 제어부(400)는 사각파(step)의 골재 형성 주기가 수행되도록 제어할 수도 있다. 이는, 상기 제어부(400)에 의한 상기 골재 형성 주기의 제어에 있어서, 상기 압축 하중 인가기(Pld) 및 상기 휴지기(Prs)가 용이하게 변경 제어될 수 있음을 의미한다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 골재 형성 활성화 측정 시험장치(1000)의 각 부를 통해, 골 조직 대사의 메커니즘을 기반으로 골재 형성 물질이 생성되면서도, 상기 생성된 골재 형성 물질을 측정할 수 있는 것이다.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 골재 형성 활성화 측정 시험장치가 설명되었다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 골재 형성 활성화 측정 시험방법이 설명된다.

도 8 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 골재 형성 활성화 측정 시험방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 골재 형성 활성화 측정 시험방법은, 골 조직 배치 단계(S110), 골 조직의 생존을 위한 모사 골수액 인입 단계(S120), 골 조직에 압축 하중 인가 단계(S130), 및 골재 생성 물질 인출 단계(S140) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

이하, 각 단계가 설명된다. 이하, 설명되는 각 단계에서, 앞서 설명된 골재 형성 활성화 측정 시험장치(1000)와 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 하지만 이하에서 중복되는 설명이 생략된다고 해서, 각 구성들을 미 포함하거나, 앞서 설명된 각 구성의 설명이 배제되는 것은 아니다.

단계 S110

도 9를 참조하면, 단계 S110에서, 상기 실린더부(100) 내부에 길이 방향으로 골 조직이 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에, 상기 골 조직(bt)이 배치될 수 있다.

이때, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에는 상기 골 조직(bt)이 배치되되, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 실린더 바디(110)의 내주면은, 상기 골 조직(bt)과 밀착되도록 형성될 수 있다(도 10 참조).

한편, 다른 관점에서는, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 골 조직(bt)이 상기 실린더 바디(110)의 내주면과 밀착되도록 가공될 수도 있음은 물론이다. 이에 대해서는, 상술된 바 본 단계에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

단계 S120

도 9를 참조하면, 단계 S120에서, 상기 제어부(400)는, 상기 모사 골수액 담지부(200)에서, 상기 실린더 바디(110)의 상기 모사 골수액 인입구(e1)를 통하여, 상기 모사 골수액(mw)이 미리 정해진 유량으로 인입(mw_in)되도록 제어할 수 있다.

이를 위해, 상기 제어부(400)는 예를 들어 앞서 설명된 바와 같이, 상기 미소 유량 제어 펌프(pm)를 제어할 수 있음은 물론이다.

한편, 이를 위해, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 실린더부(100)의 실린더 바디(110) 일 측에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 모사 골수액 인입구(e1)가 마련될 수 있음은 물론이다.

이에 따라, 상기 모사 골수액 담지부(200, 도 6 참조)로부터 상기 모사 골수액 인입구(e1)로, 상기 모사 골수액(mw)이 인입(mw_in)될 수 있다. 이에 따라, 상기 실린더 바디(110) 내부 중공(hl)에 배치된 상기 골 조직(bt)에, 상기 골 조직(bt)의 생존을 위한 모사 골수액(mw)이 제공될 수 있다. 여기에서, 모사 골수액(mw)이라 함은, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 골 조직(bt)의 생존을 위해 사람, 동물 등 뼈를 가지는 생명체로부터 추출한 골수액, 또는 상술된 골수액과 유사한 성분을 포함하는 액체 따위를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 상기 모사 골수액(mw)의 예는, 앞서 설명된 바, 본 단계에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이때, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 모사 골수액 인입구(e1)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 골재 형성 물질 인출구(e2) 보다 상기 실린더 바디(110)의 상 측에 마련될 수 있다.

이에 따라, 본 단계에서 상기 모사 골수액 인입구(e1)를 통한 상기 모사 골수액의 인입(mw_in)은, 후술되는 단계에서 상기 골재 형성 물질 인출구(e2)를 통한 골재 형성 물질의 인출(pd_ot)보다 높은 레벨에서 수행될 수 있음은 물론이다.

이에 따라, 상기 실린더부(100)에서 상기 모사 골수액 담지부(200, 도 6 참조)로, 상기 모사 골수액(mw)의 역류를 방지할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 실린더부(100)에는, 미도시 되었으나, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 실린더부(100) 내에서 흐르는 상기 모사 골수액(mw)의 유체 압력을 측정하기 위한 센서가 마련될 수도 있다.

단계 S130

도 10을 참조하면, 단계 S130에서, 상기 제어부(400)는, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에 길이 방향으로 배치된 상기 골 조직(bt)에 압축 하중(ld)이 인가되도록, 상기 하중 인가부(300)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(400)는, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에 배치된 상기 골 조직(bt)이, 상기 길이 방향으로 1 축 압축되도록 압축 하중(ld)을 인가하도록, 상기 압축 하중 인가부(300)를 제어할 수 있다.

이를 위해, 상기 압축 하중 인가부(300)는, 앞서 설명된 바와 같이, 핀 형상으로 마련되되, 머리부(310) 및 몸체부(320) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하도록 형성될 수 있다(도 7 참조).

비록 도 10에는 미 도시 되었으나, 상기 머리부(310)는, 앞서 설명된 바와 같이, 시간 경과에 따라 정량적으로 압축 하중을 제공하는 장치 예를 들어, 액츄에이터(ac)의 일 측에 접촉될 수 있다(도 16 참조).

한편, 상기 몸체부(320)는, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 머리부(310)로부터 상기 실린더부(100)를 향하여 연장되되, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 실린더 바디(110)의 중공(hl)에 배치된 골 조직(bt) 일 단 즉, 상 측과 접촉될 수 있다.

이에 따라, 상기 몸체부(320)는, 상술된 바와 같은 액츄에이터(ac, 도 16 참조)로부터 상기 머리부(310)에 제공된 정량적인 압축을, 상기 골 조직(bt)의 일 단에 전달할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 압축 하중 인가부(300)는, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 골 조직(bt)의 타 단에서 상기 골 조직(bt)에 실제 인가된 하중을 측정하는, 도 10에 도시된 실 하중 측정부(350)를 더 포함할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같은 액츄에이터(ac, 도 16 참조)로부터 발생되는 정량적인 압축 하중과, 상기 실 하중 측정부(350)에서 측정되는 하중을 대비하여 볼 수 있음은 물론이다.

한편, 도 11을 참조하면, 본 단계에서 상기 제어부(400)는, 상기 압축 하중 인가부(300)의 압축 하중 인가 제어에 있어서, 상기 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기(Pld) 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기(Prs)를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 적어도 1회(1cl) 이상 반복하여 실행되도록, 상기 압축 하중 인가부(300)의 상기 골 조직(bt)에 대한 압축 하중 인가를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(400)는, 상기 압축 하중 인가기(Pld)에서, 상기 압축 하중이 1 ㎛/sec 이상 내지 10 ㎛/sec 이하로 인가되도록 제어할 수 있다. 또한 상기 제어부(400)는, 상술된 바와 같은 1회의 골재 형성 주기(1cl)에 있어서, 예를 들어, 압축 하중 인가기(Pld)는 20 분 이상 내지 40 분 이하로 수행되고, 상기 휴지기(Prs)는 3 시간 이상 내지 5 시간 이하로 수행되도록 제어할 수 있다. 또한 상기 제어부(400)는, 상술된 바와 같은 1회의 골재 형성 주기(1cl)가 예를 들어, 2 주 동안 반복되도록 제어할 수 있다.

한편, 상술된 바와 같이. 상기 제어부(400)의 골재 형성 주기(1cl) 제어에 있어서, 비록 도 11에 삼각파(sawtooth)로 도시되었으나, 일 실시 예에 따르면, 이와는 달리, 상기 제어부(400)는 사각파(step)의 골재 형성 주기가 수행되도록 제어할 수도 있다. 이는, 상기 제어부(400)에 의한 상기 골재 형성 주기의 제어에 있어서, 상기 압축 하중 인가기(Pld) 및 상기 휴지기(Prs)가 용이하게 변경 제어될 수 있음을 의미할 수 있음은 물론이다.

이에 따라, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 골 조직(bt)으로부터 골재 형성 물질(pd)이 생성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 골 조직 대사의 메커니즘을 기반으로 골재 형성 물질(pd)이 생성되면서도, 상기 생성된 골재 형성 물질을 측정할 수 있는 것이다.

이하, 본 단계 S130에서, 상기 골 조직(bt) 대사의 메커니즘에 따라, 상기 골재 형성 물질(pd)이 생성되는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 12를 참조하여, 상기 골 조직(bt) 대사의 메커니즘을 살펴보면, 조골 세포(ob, 도 1 참조)에 의한 골 형성과, 파골 세포(oc, 도 1 참조)에 의한 골 파괴 과정의 반복을 통해서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 골재 형성 물질(pd, 도 10 참조)이 생성될 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 골 조직(bt)의 기질(mt, bone matrix)은, 양전하 및 음전하(ni) 분리에 의한 분극을 일으키는 압전 재료(piezo electric material)로 이루어지며, 골 유체(bf, bone fluid, 다른 말로는 골수라고도 함)는, + 이온(pi) 및 - 이온을 포함하는 이온화된 유체(ionic fluid)로 이루어 질 수 있다.

이에 따라, 본 단계 S130에서, 상기 골 조직(bt)에 외부 하중(ld)이 인가되는 경우, 상기 골 조직(bt)의 기질(mt)과, 골 유체(bf)의 경계면에 전압이 걸리고, 상기 골 조직(bt) 내에서 상기 골 유체(bf)가 흐를 수 있다(골 유체(bf)의 유동: 즉, 상기 골 조직(bt)에 외부 하중(ld)이 인가되는 경우, 상기 경계면에서, 상기 골 조직의 기질(mt)은 음전하(ni)를 띠고, 상기 골 유체(bf) 중 + 이온(pi)이 이동됨). 이러한 상기 골 조직(bt) 내에서 골 유체(bf)의 유동은, 골 세포(os, 도 1 참조)와 촉수(osteocytic process)를 자극하여, 골재 형성 물질(pd, 도 10 참조)을 생성하고, 상기 골재 형성 물질을(pd) 적골수(mr, 도 1 참조)가 있는 골 소주(tr, 도 1 참조) 공간으로 이동시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 골재 형성 물질(pd)은 상기 적골수(mr, 도 1 참조)에 있는 조골 세포(ob, 도 1 참조) 및 중간엽 줄기 세포와 반응하여, 골 조직(bt)을 형성할 수 있는 것이다. 보다 구체적으로, 상술된 바와 같은 골 유체(bf)의 유동에 따라, 골 조직(bt) 일 측 표면에 형성된 + 극(pe)은, 조골 세포(ob, 도 1 참조) 및 중간엽 줄기 세포를 골 조직(bt) 표면으로 이동시킴으로써, 골 조직(bt)을 형성할 수 있는 것이다.

한편, 상술된 바와 같은 골 유체(bf)의 유동에 따라, 골 조직(bt) 타 측 표면에 형성된 - 극(ne)은, 파골 세포(oc) 형성을 촉진시킴으로써, 골 조직(bt)을 제거할 수도 있다.

단계 S140

다시 도 9를 참조하면, 단계 S140에서, 상기 골 조직(bt)으로부터 생성된 골재 형성 물질(pd)이 인출(pd_ot)될 수 있다.

이를 위해, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 실린더부(100)의 실린더 바디(110) 일 측에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 모사 골수액 인입구(e1) 및 골재 형성 물질 인출구(e2)가 마련될 수 있음은 물론이다.

다시 말해, 상기 골재 형성 물질 인출구(e2)로, 상기 골 조직(bt)으로부터 생성된 골재 형성 물질(pd)이 인출(pd_ot)될 수 있는 것이다.

한편, 앞선 단계 S120에서 상기 모사 골수액 인입구(e1)를 통한 상기 모사 골수액의 인입(mw_in)은, 본 단계에서 상기 골재 형성 물질 인출구(e2)를 통한 골재 형성 물질의 인출(pd_ot)보다 높은 레벨에서 수행된 바, 이에 따라, 상기 실린더부(100)에서 상기 모사 골수액 담지부(200, 도 6 참조)로, 상기 모사 골수액(mw)의 역류를 방지할 수 있음은 물론이다.

한편, 본 단계에서, 상기 생성된 골재 형성 물질(pd)이 인출(pd_ot)되면, 상기 생성된 골재 형성 물질(pd)은 이하에서 설명되는 실험 예에 따라 측정될 수 있다.

이하, 실험 예가 설명된다.

도 13 내지 도 20은 본 발명의 실험 예를 설명하기 위한 도면이다.

실험 예에 따른 골재 형성 물질의 생성

도 13을 참조하면, 본 발명의 실험 예에 따라 준비된 골 조직(bt)을 관측할 수 있다.

본 발명의 실험 예에서는, 상기 골 조직(bt)을 준비하기 위해, 미생물 학적 조건(Microbiological condition)으로 특정 병원체가 없는 동물(Specific pathogen free animal)로, 14 주 이상된 400 g 이상 몸무게의 수컷 Sprague Dawley Rat을, 실험 동물로 준비하고, 상기 실험 동물로부터 좌측 및 우측의 대퇴골(Femur)을 골 조직(bt)으로 적출한 후에, surgical drill을 이용하여 상기 골 조직(bt)을 5 mm 이상 내지 10 mm 이하의 원통형으로 가공하였다.

한편, 본 발명의 실험 예에서는, 상기 골 조직(bt)의 손상을 최소화하고, 골세포의 생존을 최대화하기 위해, 상기 적출된 골 조직(bt)을 PBS(Phosphate-buffered saline) solution에 넣어 상술된 가공을 진행하였다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실험 예에 따른 프로토 타입의 인큐베이터부(10)를 관측할 수 있다.

본 발명의 실험 예에서, 상기 인큐베이터부(10)는, 5 % 농도의 이산화탄소(co2) 분위기 및 37 ℃의 온도(tp), 80 % 이상 내지 95 % 이하의 상대 습도(hm)로 조절되었다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 실험 예에 따른 프로토 타입의 실린더부(100), 모사 골수액 담지부(200), 압축 하중 인가부(300)를 관측할 수 있다.

본 발명의 실험 예에서는, 상기 모사 골수액(mw)으로, Dex 0.1 ㎛, AA 50 ug/ml, 및 bGP 10 mM가 혼합된 혼합물을 사용하였다.

또한, 상기 모사 골수액(mw)이, 1 ㎕/min 이상 내지 10 ㎕/min 이하의 유량으로 상기 실린더부(100)로 인입되도록 제어하였다.

또한, 상기 외부 프레임에 의한 높이 조절에 의해, 상기 머리부(310)와 상기 액츄에이터(ac) 사이의 간격을 2 ㎛ 이상 내지 5 ㎛ 이하로 조절하였다.

또한, 상기 1회의 골재 형성 주기(1cl)에 있어서, 상기 압축 하중 인가기(Pld)는, 상기 압축 하중이 1 ㎛/sec 이상 내지 10 ㎛/sec 이하로 인가되되, 20 분 이상 내지 40 분 이하로 수행되고, 상기 휴지기(Prs)는 3 시간 이상 내지 5 시간 이하로 수행되도록 제어하였다. 여기에서, 상기 압축 하중이 1 ㎛/sec 이상 내지 10 ㎛/sec 이하로 인가되는 것은, 헤르츠(Hz) 단위의 압축 하중 인가 제어를 의미할 수 있다. 또한, 여기에서 헤르츠(Hz) 단위의 압축 하중 인가 제어라 함은, 1 초당 1 ㎛ 이상 내지 10 ㎛ 이하의 변위를 1 회로, 상기 골 조직(bt)에 압축 하중을 인가하는 것을 의미한다.

또한, 상술된 바와 같은 1회의 골재 형성 주기(1cl)가 예를 들어, 2 주 동안 반복되도록 제어하였다.

이에 따라, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 골 조직(bt)으로부터 생성된 골재 형성 물질(pd)을 획득할 수 있었다.

실험 예 1-1에 따른 골재 형성 물질의 생성

상술된 실험 예에서, 상기 실린더부(100) 내의 골 조직(bt)이 상기 길이 방향으로 5 ㎛ 만큼 1 축 압축되도록, 압축 하중을 인가하여, 실험 예 1-1에 따른 골재 형성 물질을 생성하였다.

실험 예 1-2에 따른 골재 형성 물질의 생성

상술된 실험 예에서, 상기 실린더부(100) 내의 골 조직(bt)이 상기 길이 방향으로 2 ㎛ 만큼 1 축 압축되도록, 압축 하중을 인가하여, 실험 예 1-2에 따른 골재 형성 물질을 생성하였다.

실험 예 2-1에 따른 골재 형성 물질의 생성

상술된 실험 예에서, 상기 실린더부(100) 내로 상기 모사 골수액(mw)이 1 ㎕/min의 유량으로 인입되도록 제어하여, 실험 예 2-1에 따른 골재 형성 물질을 생성하였다.

실험 예 2-2에 따른 골재 형성 물질의 생성

상술된 실험 예에서, 상기 실린더부(100) 내로 상기 모사 골수액(mw)이 2 ㎕/min의 유량으로 인입되도록 제어하여, 실험 예 2-2에 따른 골재 형성 물질을 생성하였다.

비교 예 2-1에 따른 골재 형성 물질의 생성

상술된 실험 예 2-1에서, 상기 압축 하중을 인가하지 않고, 비교 예 2-1에 따른 골재 형성 물질을 생성하였다.

비교 예 2-2에 따른 골재 형성 물질의 생성

상술된 실험 예 2-2에서, 상기 압축 하중을 인가하지 않고, 비교 예 2-2에 따른 골재 형성 물질을 생성하였다.

본 발명의 실험 예 1-1 및 실험 예 1-2에 따른 골재 형성 물질을 측정하기 위해, ALP(Alkaline phosphatase) 분석을 수행하였다. 여기에서 ALP라 함은, 골 형성의 지표가 되는 효소로써, 골 기질에 활발하게 조골 세포(ob)가 축적될 때, 많은 양이 분비되며, 이는 즉, 새로운 골 형성을 의미한다. ALP는 조골 세포(ob) 바깥 쪽에 붙어 있으면서, 뼈 활성도 증가와 함께 농도가 증가하는 것으로 알려져 있다.

이와 같은 ALP 분석은, 상기 획득된 골재 형성 물질의 p-Nitrophenyl Phosphate의 발색 반응을 유도하여 405 nm에서 흡광도를 측정하는 방법으로 수행되었다. 상기 ALP 분석을 위해, O.D 405 값(optical density at 405nm, 흡광도)을 기준으로 효소의 활성화 정도를 분석하였다. 이때 Optical density는 상기 파장 즉, 405nm에서 빛이 차단되는 정도를 측정한 값이다.

ALP 활성화도가 향상되는 경우, 골재 형성 물질(pd) 생성량이 많은 것을 의미할 수 있다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 및 실험 예 1-2에 따라, 상기 골 조직(bt)에 압축 하중이 2 주 동안 지속적으로 인가됨에 따라, ALP 활성화도가 향상되는 것을 관측할 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 실험 예 1-1 및 실험 예 1-2에서, 상기 골 조직(bt)에 압축 하중이 인가됨에 따라, ALP 활성화도가 모두 향상되지만, 본 발명의 실험 예 1-1에 따라, 상기 골 조직(bt)이 상기 길이 방향으로 5 ㎛ 만큼 1 축 압축되도록, 압축 하중이 인가되는 경우에, 본 발명의 실험 예 1-2에 따라, 상기 골 조직(bt)이 상기 길이 방향으로 2 ㎛ 만큼 1 축 압축되도록, 압축 하중이 인가되는 경우 보다 ALP 활성화도 증가율이 더 높은 것을 알 수 있다.

이에 따라, 상기 골 조직(bt)에 인가되는 압축 하중이 높은 경우, 골재 형성 물질(pd)이 더 많이 생성되는 것으로 판단될 수 있다.

한편, 본 발명의 실험 예 2-1 및 실험 예 2-2와 비교 예에 따른 골재 형성 물질을 측정하기 위해, LDH(Lactate dehydrogenase) 분석을 수행하였다. 여기에서 LDH라 함은, 체내 모든 조직이나 세포에 분포되어 있는 효소로써, 골 조직 형성의 지표가 될 수 있다.

따라서, LDH가 향상되는 경우, 골재 형성 물질(pd) 생성량이 많은 것을 의미할 수 있다.

도 19 및 도 20을 참조하면, 본 발명의 실험 예 2-1 및 실험 예 2-2에 따라, 상기 모사 골수액(mw)이 1 ㎕/min 및 2 ㎕/min의 유량으로 인입되고, 상기 골 조직(bt)에 압축 하중이 인가됨에 따라, LDH가 향상되는 것을 관측할 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 실험 예 2-1에서는, 상기 모사 골수액(mw)이 1 ㎕/min 의 유량으로 인입됨에 따라, LDH가 향상되다가 9 일을 변곡점으로 LDH가 감소하는 것을 알 수 있다.

한편 이와는 달리, 본 발명의 실험 예 2-2에서는, 상기 모사 골수액(mw)이 2 ㎕/min 의 유량으로 인입됨에 따라, LDH가 향상되다가 12 일을 변곡점으로 LDH가 감소하는 것을 알 수 있다.

또한, LDH의 증가율에 있어서도, 본 발명의 실험 예 2-2에서, 실험 예 2-1 및 다른 비교 예들 보다 향상된 것을 알 수 있다.

이에 따라, 상기 골 조직(bt)에 제공되는 모사 골수액(mw)의 유량이 높은 경우, 골재 형성 물질(pd)이 더 많이 생성되는 것으로 판단될 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예 및 실험 예가 설명되었다.

이상 설명된 본 발명의 실시 예 및 실험 예에 따르면, 골 조직 대사의 메커니즘에 대한 이해를 바탕으로, 골재 형성 물질을 생성하면서도, 상기 생성된 골재 형성 물질을 측정함으로써, 종래의 기술적 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10: 인큐베이터부
100: 실린더부
200: 모사 골수액 담지부
300: 압력 하중 인가부
400; 제어부

Claims

내부에 길이 방향으로 중공이 형성되되, 상기 중공에 배치된 골 조직의 생존을 위한 모사 골수액이 인입되는, 모사 골수액 인입구, 및 상기 골 조직으로부터 생성된 골재 형성 물질이 인출되는, 골재 형성 물질 인출구가 마련된, 실린더부;
상기 실린더부 내의 골 조직이 상기 길이 방향으로 1 축 압축되도록, 압축 하중을 인가하는, 압축 하중 인가부; 및
상기 모사 골수액 인입구를 통하여, 상기 모사 골수액이 미리 정해진 유량으로 인입되도록 제어하되,
상기 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 실행되도록, 상기 압축 하중 인가부에서 상기 골 조직에 압축 하중을 인가하도록 제어하는, 제어부;를 포함하는, 골재 형성 활성화 측정 시험장치.
제1 항에 있어서,
상기 실린더부의 상기 모사 골수액 인입구는, 상기 골재 형성 물질 인출구 보다 상 측에 마련된, 골재 형성 활성화 측정 시험장치.
제1 항에 있어서,
상기 압축 하중 인가부는, 상기 골 조직의 일 단에서 상기 압축 하중을 인가하며,
상기 골 조직의 타 단에서 상기 골 조직에 실제 인가된 하중을 측정하는, 실 하중 측정부를 더 포함하는, 골재 형성 활성화 측정 시험장치.
제1 항에 있어서,
상기 골 조직의 생존을 위해 이산화탄소 분위기를 제공하는, 인큐베이터부를 더 포함하는, 골재 형성 활성화 측정 시험장치.
제1 항에 있어서,
상기 실린더부로 인입되는 상기 모사 골수액을 담지하는, 모사 골수액 담지부를 더 포함하되,
상기 모사 골수액 담지부의 일 측에는, 상기 실린더부에서 상기 모사 골수액 담지부로, 상기 모사 골수액의 역류를 방지하는, 역류 방지 밸브가 마련된, 골재 형성 활성화 측정 시험장치.
실린더부 내부에 길이 방향으로 골 조직을 배치시키는 단계;
상기 실린더부 내의 골 조직에, 상기 골 조직의 생존을 위한 모사 골수액을 미리 정해진 유량으로 인입시키는 단계; 및
상기 실린더부 내의 골 조직이 상기 길이 방향으로 1 축 압축되도록 압축 하중을 인가하는 압축 하중 인가기 및 상기 압축 하중의 인가를 중단하는 휴지기를 하나의 단위로 포함하는, 골재 형성 주기가 실행되도록, 상기 골 조직에 압축 하중을 인가하는 단계;를 포함하는, 골재 형성 활성화 측정 시험방법.
제6 항에 있어서,
상기 골 조직으로부터 생성된 골재 형성 물질이 인출되는 단계를 더 포함하되,
상기 모사 골수액을 제공하는 단계의 모사 골수액의 인입은, 상기 골재 형성 물질이 인출되는 단계의 골재 형성 물질의 인출보다 높은 레벨에서 수행되는 것을 포함하는, 골재 형성 활성화 측정 시험방법.
제6 항에 있어서,
상기 모사 골수액을 제공하는 단계는,
상기 모사 골수액 1 ㎕/min 이상 내지 10 ㎕/min 이하를 제공하는 것을 포함하고,
상기 골재 형성 주기를 실행하는 단계는,
상기 압축 하중을 1 ㎛/sec 이상 내지 10 ㎛/sec 이하로 인가하는 것을 포함하되, 상기 압축 하중 인가기는 20 분 이상 내지 40 분 이하로 수행되고, 상기 휴지기는 3 시간 이상 내지 5 시간 이하로 수행되는 것을 포함하는, 골재 형성 활성화 측정 시험방법.